项目分享| STM32+DDS自制信号发生器

2021/08/25 07:30
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没有信号发生器?自己做一个呗!
买得起的…就不用看这篇文章了,开个玩笑,DDS实现波形输出的代码还是很值得一看的。
STM32+DDS是我能想到的自制信号发生器的最优方案了,同时自制过程中,我也收获了很多知识和技能,希望分享给有需要的人。但由于本人也是DIY爱好者,技艺还不够精湛,所以信号发生器的输出波形的精度还可以提高,欢迎大家多提建议。
——上海大学陈同学


信号发生器性能

既然是自制信号发生器,那就需要输出多种波形,常用的正弦波、方波、三角波是可以实现的。可用键盘输入编辑生成上述三种波形(同周期)的线性组合波形,以及由基波及其谐波(5次以下)线性组合的波形。  
输出信号的频率在100Hz~20kHz之间(非正弦波频率按10次谐波计算);重复频率可调,频率步进间隔≤100Hz。 波形幅度范围0~5V(峰-峰值),可按步进0.1V(峰-峰值)调整。   
同时,具有显示输出波形的类型、重复频率(周期)和幅度的功能。


系统方案

1) 波形采用STM32自带的DAC+DDS产生。
2) 主控模块采用STM32F103单片机,控制整个系统的软硬件操作。
3) 显示模块采用液晶显示器实时显示当前输出的波形的类型、幅值和频率。

4) 按键模块采用独立按键的方式设置输出波形的类型、幅值和频率等数据。

输出信号实测


总体软件设计

软件架构图如下:
整个系统的交互采用按键和LCD显示屏实现。为了交互的更加便捷,设计了多级的菜单界面,按键通过由菜单管理器切换菜单界面。菜单界面的底层是参数界面,参数界面用于设置和显示参数。设置的参数通过被放入参数管理器,可用于设置波形的频率和幅值。
低频波形 用单片机上的DAC实现,高频信号AD8951直接数字信号合成器合成产生波形。但是为了选择的多样性,无论高频还是低频,DAC和DDS都会同时工作。
●  交互模块
本系统的交互模块有需要用到LCD显示屏和按键。LCD显示模块主要由菜单显示模块和参数显示模块组成,分别由菜单管理器和参数管理器控制,通过按键设置菜单管理器和参数管理器的参数,可以设置显示不同的界面。参数管理器也是连接波形发生模块的桥梁。

STM32F103自带DAC波形发生模块
为了提高DAC转换的速度,使用DMA传输波形数据,DMA的触发传输使用的是定时器的中断。本系统使用的正弦波波形数据是通过C语言数学库math.h里面的函数sin()计算得到的数组,三角波通过自定义函数计算波形数据,这两个波形一个周期内采样了512个数据点;而方波的则不同,方波每个周期只改变两次DAC的值。当用户通过交互界面改变幅值参数时,会重新计算波形数据数组。当用户改变频率参数时,会重新计算DMA定时器的周期。波形的输出和关闭则是通过改变DMA定时器中断使能和DMA传输使能实现。

波形发生模块
DDS本身就是用来产生波形的,故要控制DDS产生波形,只需要设置DDS相应的寄存器就好了。


代码实现

DDS操作代码
#define ad9851_rest_l HAL_GPIO_WritePin(AD9851_RESET_GPIO_Port, AD9851_RESET_Pin, GPIO_PIN_RESET)#define ad9851_rest_h HAL_GPIO_WritePin(AD9851_RESET_GPIO_Port, AD9851_RESET_Pin, GPIO_PIN_SET)#define ad9851_fq_up_l HAL_GPIO_WritePin(AD9851_FQ_UP_GPIO_Port, AD9851_FQ_UP_Pin, GPIO_PIN_RESET)#define ad9851_fq_up_h HAL_GPIO_WritePin(AD9851_FQ_UP_GPIO_Port, AD9851_FQ_UP_Pin, GPIO_PIN_SET)#define ad9851_w_clk_l HAL_GPIO_WritePin(AD9851_W_CLK_GPIO_Port, AD9851_W_CLK_Pin, GPIO_PIN_RESET)#define ad9851_w_clk_h HAL_GPIO_WritePin(AD9851_W_CLK_GPIO_Port, AD9851_W_CLK_Pin, GPIO_PIN_SET)#define ad9851_data_l HAL_GPIO_WritePin(AD9851_DATA_GPIO_Port, AD9851_DATA_Pin, GPIO_PIN_RESET)#define ad9851_data_h HAL_GPIO_WritePin(AD9851_DATA_GPIO_Port, AD9851_DATA_Pin, GPIO_PIN_SET)//串行口初始化void ad9851_reset_serial(){  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};  GPIO_InitStruct.Pin = AD9851_RESET_Pin|AD9851_FQ_UP_Pin|AD9851_W_CLK_Pin|AD9851_DATA_Pin;  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;  HAL_GPIO_Init(GPIOG, &GPIO_InitStruct);ad9851_w_clk_l;ad9851_fq_up_l;ad9851_rest_l;ad9851_rest_h;ad9851_rest_l;ad9851_w_clk_l;ad9851_w_clk_h;ad9851_w_clk_l;ad9851_fq_up_l;ad9851_fq_up_h;ad9851_fq_up_l;}//串行口写入DDS寄存器void ad9851_wr_serial(u8 w0,u32 frequence){  u8 i,w;  frequence=frequence*4294967296/180000000;  w=(frequence>>=0);  for(i=0;i<8;i++)  {    if((w>>i)&0x01)    ad9851_data_h;    else ad9851_data_l;    ad9851_w_clk_h;    ad9851_w_clk_l;  }  w=(frequence>>8);  for(i=0;i<8;i++)  {    if((w>>i)&0x01)    ad9851_data_h;    else ad9851_data_l;    ad9851_w_clk_h;    ad9851_w_clk_l;  }  w=(frequence>>16);  for(i=0;i<8;i++)  {    if((w>>i)&0x01)    ad9851_data_h;    else ad9851_data_l;    ad9851_w_clk_h;    ad9851_w_clk_l;  }  w=(frequence>>24);  for(i=0;i<8;i++)  {    if((w>>i)&0x01)    ad9851_data_h;    else ad9851_data_l;    ad9851_w_clk_h;    ad9851_w_clk_l;  }  w=w0;  for(i=0;i<8;i++)  {    if((w>>i)&0x01)    ad9851_data_h;    else ad9851_data_l;    ad9851_w_clk_h;    ad9851_w_clk_l;  }  ad9851_fq_up_h;  ad9851_fq_up_l;}

—— The End —


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